Peningkatan efisiensi energi dari pemrosesan tekanan tinggi

High-Pressure Processing (HPP) adalah metode pengawetan makanan non-termal yang memastikan keamanan mikroba dan memperpanjang umur simpan sambil menjaga kualitas makanan, meskipun inefisiensi energinya karena udara dan gas yang terperangkap menghadirkan tantangan operasional untuk implementasi yang berkelanjutan. Degassing ultrasonik makanan cair dan cair yang mentransmisikan tekanan mengurangi kompresibilitas, meminimalkan kehilangan energi dan meningkatkan efisiensi keseluruhan proses HPP.

Pemrosesan Tekanan Tinggi (HPP): Tantangan Efisiensi Energi

Pemrosesan Tekanan Tinggi (HPP) adalah salah satu teknik pengawetan makanan non-termal terkemuka, menawarkan kombinasi inaktivasi mikroba dan retensi kualitas untuk produk makanan cair dan padat. Teknologi HPP mencapai keamanan pangan dan umur simpan yang lebih lama tanpa mengorbankan sifat sensorik atau nutrisi makanan, selaras dengan preferensi konsumen yang meningkat untuk produk yang diproses secara minimal. Namun, permintaan energi HPP menimbulkan tantangan operasional yang signifikan, terutama karena inefisiensi yang disebabkan oleh udara dan gas yang terperangkap dalam proses. Mengatasi tantangan ini adalah kunci untuk membuka potensi penuh produksi pangan berkelanjutan.

Ikhtisar: HPP dan Tantangan Energinya

Solusi: Degassing Ultrasonik Cairan HPP

Degassing ultrasonik menawarkan solusi yang efisien untuk meningkatkan efisiensi energi Pemrosesan Tekanan Tinggi (HPP) dengan menghilangkan udara dan gas yang terperangkap dari produk makanan cair dan cair yang mentransmisikan tekanan. Dengan menerapkan ultrasonografi daya, kavitasi ultrasonik mendorong penggabungan dan pelepasan gelembung gas yang cepat, mengurangi kompresibilitas dan meminimalkan kehilangan energi selama kompresi. Optimalisasi ini tidak hanya menurunkan biaya operasional tetapi juga meningkatkan stabilitas proses, membuat HPP lebih berkelanjutan dan efektif untuk pengawetan makanan.
 

Degassing Ultrasonik Air

Cara Kerja HPP

Pemrosesan Tekanan Tinggi (HPP) bekerja dengan menundukkan produk makanan, biasanya dalam kemasan yang fleksibel dan tahan air, pada tekanan yang sangat tinggi hingga 6.000 bar (600 MPa). Proses ini terjadi dalam bejana bertekanan tinggi berisi air dan urutan langsung:

1. Loading: Produk yang dikemas ditempatkan ke dalam keranjang plastik dan dibawa ke dalam bejana bertekanan tinggi.
2. Tekanan: Air diisi ke dalam bejana, bertindak sebagai media transmisi tekanan. Sistem kemudian diberi tekanan ke tingkat yang diinginkan, biasanya dipertahankan selama beberapa menit.
3. Efek Isostatik: Tekanan diterapkan secara seragam dan instan di seluruh produk, terlepas dari ukuran, bentuk, atau komposisinya. Tekanan isostatik ini menonaktifkan mikroorganisme yang ditularkan melalui makanan dan enzim pembusukan tanpa menghancurkan atau mengubah bentuk produk.
4. Depresurisasi dan Pembongkaran: Bejana diturunkan tekanan, air dikeringkan, dan produk yang diolah diangkut, siap untuk dikonsumsi atau diproses lebih lanjut.

Pemrosesan Tekanan Tinggi (HPP)
© Balakrishna dkk., 2020

 
Metode HPP memastikan keamanan pangan sekaligus menjaga rasa, tekstur, dan kandungan nutrisi. Namun, proses ini membutuhkan input energi yang signifikan, faktor yang dipengaruhi oleh beberapa inefisiensi operasional.

Tantangan Konsumsi Energi yang Tinggi di HPP

Salah satu kelemahan utama HPP adalah konsumsi energinya yang tinggi. Sifat intensif energi dari proses ini muncul dari:

• Tekanan Air (Cairan Kopling): Air yang digunakan untuk mentransmisikan tekanan isostatik membutuhkan energi yang signifikan untuk mengompres dan mempertahankan tekanan target.
• Udara dan gas yang terperangkap dalam cairan kopling: Gelembung udara di dalam air mengurangi efisiensi transmisi tekanan, meningkatkan kebutuhan energi. Gelembung-gelembung ini dikompres selama tekanan, menyerap energi yang dapat digunakan untuk mengolah produk makanan.
• Gas dalam Produk Kemasan: Udara atau gas yang terperangkap dalam makanan kemasan (misalnya, dalam produk kalengan atau semipadat) juga berkontribusi terhadap kehilangan energi. Kompresi kantong gas internal membutuhkan energi tambahan dan dapat mengganggu keseragaman tekanan.
• Kehilangan Energi Panas: Sementara HPP dianggap sebagai proses non-termal, beberapa energi menghilang sebagai panas karena kompresi air dan gesekan peralatan. Hal ini meningkatkan biaya operasional dan persyaratan pendinginan.

Dampak Udara dan Gas yang Terperangkap terhadap Permintaan Energi HPP

Kehadiran udara dan gas secara signifikan berdampak pada efisiensi HPP:

• Efisiensi transmisi tekanan yang berkurang: Kompres udara dan gas lebih mudah daripada cairan, yang berarti energi tambahan diperlukan untuk mencapai tekanan yang sama di dalam bejana.
• Waktu pemrosesan lebih lama: Udara dan gas yang terperangkap menunda stabilisasi tekanan isostatik, memperpanjang durasi siklus.
• Limbah Energi: Kantong gas terkompresi melepaskan energi pada depresurisasi, yang tidak dapat dipulihkan, berkontribusi pada inefisiensi secara keseluruhan.

Efek ini terutama terasa saat memproses produk makanan dengan kandungan udara tinggi secara alami atau kemasan yang menjebak gas headspace, seperti barang kalengan atau kemasan vakum.

Strategi untuk Mengatasi Tantangan Energi di HPP

Upaya untuk meningkatkan efisiensi energi HPP berfokus pada pengurangan pengaruh udara dan gas dalam sistem:
Pra-Perawatan – Degassing Ultrasonik:
Penerapan ultrasound untuk menghilangkan udara dan gas terlarut dari cairan kopling dan produk makanan dapat secara signifikan mengurangi pemborosan energi. Kavitasi ultrasonik secara efektif mengganggu gelembung gas, memungkinkannya keluar sebelum tekanan.
Selain itu, produk dapat diatur setelah degasifikasi ultrasonik di bawah vakum, terutama barang kalengan atau tertutup.

Penurunan oksigen terlarut seiring waktu Menggunakan UP400ST sonicator pada amplitudo 100 %, 80 %, 60 %, 40% dan 20 %.
Studi: ©Rognerud et al., 2020.

Sonikasi sebagai Alternatif untuk HPP Berkelanjutan

Sistem HPP hibrida yang menggabungkan ultrasound kinerja tinggi dengan panas ringan (termosonication) atau dengan tekanan tinggi dan panas ringan (manothermosonication) adalah teknik alternatif yang menjanjikan yang memberikan homogenisasi dan pasteurisasi yang andal dalam kondisi ringan dan pada konsumsi energi yang rendah. Karena pasteurisasi ultrasonik adalah proses inline, bahkan volume besar dapat diproses dengan efisiensi biaya yang tinggi.
Pelajari lebih lanjut tentang sonicators Hielscher untuk pasteurisasi inline makanan cair!

Meskipun HPP banyak digunakan untuk pengolahan makanan, sifatnya yang intensif energi, diperparah oleh inefisiensi dari udara dan gas yang terperangkap, menimbulkan tantangan kritis. Dengan mengintegrasikan strategi seperti degassing ultrasonik, industri makanan dapat meningkatkan keberlanjutan dan efektivitas biaya HPP.
Hielscher Ultrasonics adalah mitra tepercaya untuk solusi proses dalam pengoptimalan HPP, menawarkan teknologi ultrasonik canggih untuk meningkatkan efisiensi energi dan keandalan proses. Selain itu, Hielscher memberikan solusi inovatif untuk pasteurisasi makanan berbantuan ultrasound sinergis, memastikan produk makanan berkualitas tinggi dan aman.